Chemische Reaktionen

Mit dem Begriff chemische Reaktionen sind alle diejenigen Reaktionen verknüpft, bei denen durch Wechselwirkungen von Atomen und/oder Molekülen unter Erhaltung der Elemente andere Verbindungen entstehen. Diese chemischen Reaktionen sind von den Kernreaktionen zu unterscheiden, bei denen keine Änderungen in den Elektronenhüllen erfolgen, sondern Umwandlungen der Atomkerne.

Die Elemente oder Verbindungen, die bei einer chemischen Reaktion eingesetzt werden, nennt man Ausgangsstoffe oder Edukte, die entsprechenden Stoffe, die durch die Reaktion erhalten werden, die Endprodukte oder einfach nur Produkte. Bilden Edukte und Produkte einer chemischen Reaktion ein homogenes System (nur ein Aggregatzustand: fest, flüssig oder gasförmig), so spricht man von einer homogenen Reaktion, handelt es sich dagegen um ein heterogenes System (mehr als ein Aggregatzustand), dann wird die entsprechende Reaktion als heterogene Reaktion bezeichnet. Als Feststoffreaktionen, die sowohl homogen als auch heterogen ablaufen können, werden solche bezeichnet, an denen mindestens ein fester Reaktand (Edukt) beteiligt ist, wobei unter Feststoffreaktion im engeren Sinne die Reaktion zwischen zwei oder mehreren festen Stoffen verstanden wird.

Nachfolgend Beispiele für die verschiedenen Reaktionstypen:

Homogene Reaktion: H₂ (gasförmig) + Cl₂ (gasförmig) = 2 HCl (gasförmig)

Heterogene Reaktion (Festkörperreaktion): 2 H₂ (gasförmig) + C (fest) = CH₄ (gasförmig)

Festkörperreaktion: MgO (fest) + Al₂O₃ (fest) = MgAl₂O₄ (fest)

Eine sehr einfache Einteilung chemischer Reaktionen berücksichtigt weder die Struktur der beteiligten Edukte/Produkte noch den tatsächlichen Reaktionsablauf. Man erhält auf diese Weise:

1. Additionsreaktionen: A + B = AB

Beispiel: SO₃ + H₂O = H₂SO₄

2. Dissoziationsreaktionen: AB = A + B

Beispiel: CaCO₃ = CaO + CO₂

3. Austauschreaktionen: AB + CD = AC + BD

Beispiel KCl + NaNO₃ = KNO₃ + NaCl

In der organischen Chemie wird der Reaktionstyp 3 Substitutionsreaktion genannt. Berücksichtigt man die Reaktionsweise der Reaktionsteilnehmer, so lassen sich die chemischen Reaktionen in drei Hauptgruppen einteilen, nämlich in Gleichgewichtsreaktionen, in Oxidations- und Reduktionsreaktionen und in Säure-Base-Reaktionen. Unter einer Gleichgewichtsreaktion versteht man eine Reaktion, die nicht eindeutig in eine Richtung verläuft, d. h., die Umwandlung der Produkte in die Edukte geschieht ebenso wie die Reaktion der Edukte zu den Produkten (umkehrbare Reaktion). Es stellt sich nach einer bestimmten Zeit ein Gleichgewichtszustand ein, der durch das Vorhandensein aller an der Reaktion beteiligten Stoffe charakterisiert ist.

Oxidations- und Reduktionsreaktionen sind dadurch gekennzeichnet, dass sich im Zuge einer derartigen Reaktion die Oxidationszahlen der beteiligten Reaktanden ändern. Bei den Säure-Base-Reaktionen bleiben die Oxidationszahlen der Reaktionspartner im Gegensatz zu den oben genannten Redoxreaktionen konstant. In diese Reaktionsklasse gehören auch die Lewis-Säure-Base-Reaktionen, denen für die Katalyse chemischer Umsetzungen eine bedeutende Rolle zukommt.

Vor allem in der organischen Chemie werden die chemischen Reaktionen nach dem Gesichtspunkt des Reaktionsmechanismus unterschieden. Chemische Reaktionen laufen in der Regel zwischen Molekülen so ab, dass kovalente Bindungen gelöst und neue geknüpft werden. Erfolgt die Spaltung einer kovalenten Bindung homolytisch, dann entstehen Radikale, die heterolytische Spaltung führt zur Bildung von Ionen. Radikale sind Teilchen mit ungepaarten Elektronen.

Zu den radikalisch ablaufenden Reaktionen zählen die radikalische Addition und die radikalische Substitution. Die aliphatische/aromatische elektrophile/nucleophile Substitution gehör in die Klasse der ionisch ablaufenden Reaktionen. Bei einer Addition werden ein oder mehrere Teilchen an ein ungesättigten System (z. B.. Pi-System von Alkenen) addiert, bei einer Substitution wird an einer Verbindung ein bestimmter Substituent durch einen anderen ersetzt.

Bei Mehrzentrenreaktionen erfolgt die Bindungsspaltung und Neubildung synchron (gleichzeitig). Dies kann entweder intramolekular oder intermolekular erfolgen. Eine weitere Gruppe stellen die Elektronenübertragungsreaktionen dar, bei denen Elektronen zwischen Molekülen oder Ionen übertragen werden.

Im Allgemeinen gibt man der Einteilung nach dem Reaktionsmechanismus der Einteilung nach dem Säure-Base- oder dem Redoxkonzept den Vorrang, da hier detaillierter Aussagen über die Reaktion gemacht werden können. Viele chemische Reaktionen tragen den Namen ihrer Entdecker (Namensreaktionen) wie zum Beispiel die Kobe-Schmitt-Reaktion, bei der aus Kohlendioxid, CO₂, und Natriumphenolat Salicylsäure, eine Vorstufe des Aspirins, entsteht.